CN112414818A - 用于气体组分浓度检测的湿度调节装置及湿度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气体组分浓度检测的湿度调节装置及湿度调节方法。装置包括：待检测气体主流路以及由待检测气体主流路分出的两个支路，两个支路分别为第一支路及第二支路；调节单元，设于第一支路和/或第二支路上，调节单元能调节对应的支路中的气体压力；湿度交换件，设于第一支路与第二支路之间，湿度交换件为能透过水分子的材料制成，当第一支路中的气体压力与第二支路中的气体压力不同时，支路中的水分子能透过湿度交换件在第一支路与第二支路之间移动；浓度检测单元，设于第一支路的后端，用于检测第一支路中进行湿度交之后的气体浓度。本发明的湿度调节装置进行湿度调节时不会对待检测气体组分的浓度产生影响，确保浓度检测的准确性。

Description

用于气体组分浓度检测的湿度调节装置及湿度调节方法

技术领域

本发明涉及浓度检测技术领域，尤其涉及一种用于气体组分浓度检测的湿度调节装置及湿度调节方法。

背景技术

在气体组成浓度的检测中，一般气体传感器对进样气体的湿度较为敏感，尤其是对于电化学类气体传感器来说，进样气体的湿度对于测量数据的影响很大，即便是目标被测气体的浓度没有变化，如果进样气体的湿度有变化，那么气体传感器的输出信号或数值也会有相应的变化，会导致测量误差。

为解决上述问题，需要对进样气体的湿度进行调节。现有技术中，一般是采用加湿的方式，例如将进样气体通入水中，或者将液态水加热蒸发成气态再混入到进样气体中；将进样气体通入水中可能会导致目标被测气体组分被水吸收，从而导致目标被测气体的组分浓度发生变化；将液态水加热蒸发成气态混入到进样气体中需要确保没有液态水进入到气体管路中，否则也会发生目标被测气体组分被水吸收的问题。另外，上述两种方式都需要持续提供液态水，在工程实施上有一定的难度，设备结构复杂，且成本较高。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于气体组分浓度检测的湿度调节装置及湿度调节方法，以解决现有技术中对待检测浓度的气体进行湿度调节时，气体组分被液态水吸收，导致浓度检测不准确，以及需持续提供液态水，成本较高的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，包括：

待检测气体主流路以及由待检测气体主流路分出的两个支路，两个支路分别为第一支路及第二支路；

调节单元，设于所述第一支路和/或所述第二支路上，所述调节单元能调节对应的支路中的气体压力；

湿度交换件，设于所述第一支路与所述第二支路之间，所述湿度交换件为能透过水分子的材料制成，当所述第一支路中的气体压力与所述第二支路中的气体压力不同时，支路中的水分子能透过所述湿度交换件在所述第一支路与所述第二支路之间移动；

浓度检测单元，设于所述第一支路的后端，用于检测所述第一支路中进行湿度交换之后的气体的组分浓度。

作为上述用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的可选方案，所述第一支路上设置有第一管道，所述湿度交换件为设置在第二支路上的第二管道，所述第二管道至少部分设于所述第一管道内部。

作为上述用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的可选方案，所述第二管道的两端穿设于所述第一管道的管壁上，所述第二管道的中间部分设于所述第一管道的内部。

作为上述用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的可选方案，所述第二管道完全设于所述第一管道的内部。

作为上述用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的可选方案，所述湿度交换件为Nafion管。

作为上述用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的可选方案，所述第一支路和所述第二支路上均设置有调节单元。

作为上述用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的可选方案，所述第一支路上设置有调节单元。

作为上述用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的可选方案，所述第二支路上设置有调节单元。

作为上述用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的可选方案，所述调节单元为压力调节阀。

一种用于气体组分浓度检测的湿度调节方法，包括如下步骤：

A、将待检测气体主流路分成两路，分别为第一支路和第二支路，所述第一支路中的气流用于浓度检测，所述第二支路中的气流用于与所述第一支路中的气流进行湿度交换，以调节所述第一支路中气体的湿度；所述第一支路和所述第二支路中的气流流过同一湿度交换件，所述湿度交换件能透过水分子，以使水分子在所述第一支路与所述第二支路之间移动；

B、根据所述第一支路中气体的目标湿度值来调节所述第一支路与所述第二支路之间的压力差，使所述第一支路与所述第二支路中的水分子浓度相异，水分子在浓度差作用下通过湿度交换件在所述第一支路与所述第二支路之间移动。

本发明的有益之处在于：

将待检测气体主流路分成两路，通过调节单元使两条支路的气体之间具有压力差，两条支路的气体之间利用压力差使两条支路间的水分子浓度具有差异，且两条支路之间设置有湿度交换件，利用两条支路的气体之间的浓度差异通过湿度交换件进行湿度交换，无需另外补充水源，避免气体组分被液态水吸收，提升了组分浓度检测的准确性，且无需另外补充水源可以使设备结构更简单，成本更低。

附图说明

图1是本发明中用于气体组分浓度检测的湿度调节装置第一实施例的结构示意图；

图2是本发明中用于气体组分浓度检测的湿度调节装置第二实施例的结构示意图；

图3是本发明中用于气体组分浓度检测的湿度调节装置第三实施例的结构示意图。

图中：

100、待检测气体主流路；110、第一支路；111、第一管道；120、第二支路；121、第二管道；200、调节单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，图1是本发明中用于气体组分浓度检测的湿度调节装置的结构示意图，如图1所示，湿度调节装置包括待检测气体主流路100、第一支路110、第二支路120、调节单元200、湿度交换件以及浓度检测单元。

第一支路110及第二支路120为由待检测气体主流路100分出的两个支路，待检测气体主流路100的前端连接提供待检测气体的气源，后端分成两条流路。

调节单元200设置在第一支路110和/或第二支路120上，调节单元200能调节对应的支路中的气体压力，具体的，设置调节单元200是为了通过调节单元200使第一支路110与第二支路120之间具有压差，调节单元200可以只设置在第一支路110与第二支路120中的一条支路上，也可以在第一支路110和第二支路120上同时设置调节单元，因为只改变第一支路110与第二支路120中的任意一条支路中的气流压力即可使两条支路之间具有压差，当然较佳的实施例中，可以在两条支路上同时设调节单元200。

湿度交换件设置在第一支路110与第二支路120之间，湿度交换件为能透过水分子的材料制成，当第一支路110中的气体压力与第二支路120中的气体压力不同时，支路中的水分子能透过湿度交换件在第一支路110与第二支路120之间移动，因此，通过控制第一支路110与第二支路120之间的压差即可控制两条支路之间的水分子的移动情况和移动量的大小，也就可以调节支路中的气体湿度了。可以理解的是，湿度交换件只能透过水分子，而不能透过其它分子，避免气体中其它组分的分子移动影响气体组分的浓度。

本发明中，将第一支路110作为用于检测气体组分浓度的支路，第二支路120的设置是为了与第一支路110进行湿度交换，使第一支路110达到浓度检测所要求的湿度值，因此，浓度检测单元设置在第一支路110的后端，浓度检测单元用于检测第一支路110中进行湿度交换之后的气体的组分浓度。浓度检测单元例如可采用浓度传感器，当然也可以采用其它的浓度检测设备或仪器。

本发明中，直接利用从待检测气体主流路100引出的两条支路来进行湿度交换，无需另外补充水源来调节待检测气体的湿度，避免了待检测气体的气体组分被补充的液态水吸收，提升了组分浓度检测的准确性，且无需另外补充水源还可以使设备结构更简单，成本更低。

可以理解的是，第一支路110和第二支路120中的气流只需在支路中某一段位置共同流过同一湿度交换件即可进行湿度交换，对于湿度交换件的形状和结构不作具体限制，例如湿度交换件可以是设置在第一支路110和第二支路120之间的一层隔膜，或将湿度交换件做成管状。在一种实施方式中，本发明将湿度交换件做成管状，例如Nafion管，Nafion是聚四氟乙烯(Teflon)和全氟-3、6-二环氧-4-甲基-7-癸烯-硫酸的共聚物，像Teflon一样，Nafion具有极强的抗化学侵蚀特性，而磺酸基团的存在赋予Nafion不同寻常的特性，磺酸有很强的渗水性，因此，Nafion是很好的湿度交换材料。当然湿度交换件也可以采用其它能透过水分子的材料。请参考图1，第一支路110上设置有第一管道111，湿度交换件为第二管道121，第二管道121至少部分设置于第一管道111内部，以使第一支路110中的气流和第二支路120中的气流通过该部分第二管道121进行湿度交换。

如图1所示，第二管道121的两端穿设在第一管道111管壁上，第二管道121的中间部分设置在第一管道111的内部，这样便于第二管道121的安装和固定，同时又能使第二管道121的中间部分完全位于第一管道111中，保证第一支路110和第二支路120之间能有效的进行湿度交换。

在其它实施例中，如图2所示，也可以将第二管道121完全设置在第一管道111的内部，这样可以增加湿度交换面积，提升湿度交换效率。

在其它实施中，湿度交换件也可以不设置成管状，图3是本发明中用于气体组分浓度检测的湿度调节装置第三实施例的结构示意图，如图3所示，湿度交换件例如可以是设置在第一支路110和第二支路120的管路之间的一层隔膜，在管路上对应的位置设置通孔或开口，用隔膜状的湿度交换件覆盖在通孔或开口处即可。

在一种实施方式中，请参考图1，第一支路110和第二支路120上均设置有调节单元200，以使两条支路中的气压均可以调节，提升湿度交换调节的效率，第一支路110上的调节单元200设置在第一管道111的前端，第二支路120中的调节单元200设置在第二管道121的前端。在其它实施例中，可以只在第一支路110上设置调节单元200，第二支路120上不设置调节单元200。或者只在第二支路120上设置调节单元200，第一支路110上不设置调节单元200。

调节单元200例如可以采用压力调节阀，或者其它压力调节设备。另外，可以理解的是，压力调节也可以理解成流量调节，调节流量即可改变压力，所以，调节单元200也可以理解成流量调节器件，例如流量调节阀(电磁阀等)，本发明中用调节单元200泛指能实现气压调节的压力调节和流量调节器件。

本发明的湿度调节装置的工作原理为(参考图1)：

进样气体分成第一支路110和第二支路120后，然后分别流经第一管道111和第二管道121；通过第一管道111和第二管道121上的调节单元200调节第一管道111和第二管道121中的气体流量和气体压力，调节单元200可以将气体压力增加也可以将气体压力减小；两条支路中的气流经过各支路上的调节单元200进行流量和压力调节后，分别进入到第一管道111和第二管道121；第一管道111和第二管道121之间是隔离的，除了水分子可以通过第二管道121的管壁，其它气体是不能从第一管道111进入到第二管道121中的，也不能从第二管道121进入到第一管道111中；当第一管道111和第二管道121中的气体压力不同时，水分子会穿过第二管道121的管壁材料，从压力高的一侧渗透到压力低的一侧，从而使得压力低的一侧的气体湿度增加；

这里先以增加第一支路110中气流的湿度为例说明工作过程，目标是要增加第一支路110中气流的湿度，即增加第一支路110中气流单位体积的水分子的数量，调节第一支路110上的调节单元200，使得第一管道111中的压力P1减小，单位体积内的水分子数量也减少；调节第二支路120上的调节单元200，使得第二管道121中的压力P2增加，单位体积内的水分子数量也增加，当P2高于P1时，水分子就从第二管道121侧穿过管壁渗透到第一管道111中，从而增加了第一管道111中气体的湿度；

反之亦然。

综上所述，通过调节两条支路中的调节单元200来调整第一管道111中气流的压力P1和第二管道121中的压力P2，就可以调节第一管道111中气流的湿度。当需要增加第一管道111中气流的湿度时，通过调节调节单元200使得P2高于P1；当需要降低第一管道111中气流的湿度时，通过调节调节单元200使得P1高于P2。增加湿度的程度与P1和P2的压力差有关，压力差越大，单位时间穿过第二管道121管壁的水分子数量就越多，因此可以通过调节P1和P2的压力差来调整加湿或者减湿的速度。

本发明还提供一种用于气体组分浓度检测的湿度调节方法，包括如下步骤：

S100、将待检测气体主流路100分成两路，分别为第一支路110和第二支路120，第一支路110中的气流用于浓度检测，第二支路120中的气流用于与第一支路110中的气流进行湿度交换，以调节第一支路110中气体的湿度；第一支路110和第二支路120中的气流流过同一湿度交换件，湿度交换件能透过水分子，以使水分子在第一支路110与第二支路120之间移动；

S200、根据第一支路110中气体的目标湿度值来调节第一支路110与第二支路120之间的压力差，使第一支路110与第二支路120中的水分子浓度相异，水分子在浓度差作用下通过湿度交换件在第一支路110与第二支路120之间移动。

本发明的湿度调节方法将待检测气体主路的气流分成两路，第一支路110作为用于检测气体组分浓度的支路，通过第二支路120与第一支路110进行湿度交换，使第一支路110达到浓度检测所要求的湿度值，无需另外补充水源来调节待检测气体的湿度，避免了待检测气体的气体组分被补充的液态水吸收，提升了组分浓度检测的准确性，且无需另外补充水源还可以使设备结构更简单，成本更低。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，包括：

待检测气体主流路(100)以及由待检测气体主流路(100)分出的两个支路，两个支路分别为第一支路(110)及第二支路(120)；

调节单元(200)，设于所述第一支路(110)和/或所述第二支路(120)上，所述调节单元(200)能调节对应的支路中的气体压力；

湿度交换件，设于所述第一支路(110)与所述第二支路(120)之间，所述湿度交换件为能透过水分子的材料制成，当所述第一支路(110)中的气体压力与所述第二支路(120)中的气体压力不同时，支路中的水分子能透过所述湿度交换件在所述第一支路(110)与所述第二支路(120)之间移动；

浓度检测单元，设于所述第一支路(110)的后端，用于检测所述第一支路(110)中进行湿度交换之后的气体的组分浓度。

2.根据权利要求1所述的用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，所述第一支路(110)上设置有第一管道(111)，所述湿度交换件为设置在第二支路(120)上的第二管道(121)，所述第二管道(121)至少部分设于所述第一管道(111)内部。

3.根据权利要求2所述的用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，所述第二管道(121)的两端穿设于所述第一管道(111)的管壁上，所述第二管道(121)的中间部分设于所述第一管道(111)的内部。

4.根据权利要求2所述的用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，所述第二管道(121)完全设于所述第一管道(111)的内部。

5.根据权利要求1所述的用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，所述湿度交换件为Nafion管。

6.根据权利要求2所述的用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，所述第一支路(110)和所述第二支路(120)上均设置有调节单元(200)。

7.根据权利要求2所述的用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，所述第一支路(110)上设置有调节单元(200)。

8.根据权利要求2所述的用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，所述第二支路(120)上设置有调节单元(200)。

9.根据权利要求1所述的用于气体组分浓度检测的湿度调节装置，其特征在于，所述调节单元(200)为压力调节阀。

10.一种用于气体组分浓度检测的湿度调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、将待检测气体主流路(100)分成两路，分别为第一支路(110)和第二支路(120)，所述第一支路(110)中的气流用于浓度检测，所述第二支路(120)中的气流用于与所述第一支路(110)中的气流进行湿度交换，以调节所述第一支路(110)中气体的湿度；所述第一支路(110)和所述第二支路(120)中的气流流过同一湿度交换件，所述湿度交换件能透过水分子，以使水分子在所述第一支路(110)与所述第二支路(120)之间移动；

B、根据所述第一支路(110)中气体的目标湿度值来调节所述第一支路(110)与所述第二支路(120)之间的压力差，使所述第一支路(110)与所述第二支路(120)中的水分子浓度相异，水分子在浓度差作用下通过湿度交换件在所述第一支路(110)与所述第二支路(120)之间移动。

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